中钇型稀土的浸出及Gd/Tb分组串级萃取分离钇

詹海鸿，谢营邦，李伯骥，梁焕龙，伍耀明

（广西冶金研究院，广西 南宁 530023）

我国稀土资源丰富，目前拥有全球30%以上的稀土储量，占全球90%以上的市场份额［1］。据不完全统计，广西稀土资源属离子吸附型稀土，主要有独居石、磷钇矿及与钛铁矿、锰矿和铝土矿的伴生矿［2－3］。广西钟山、富川、崇左等地稀土资源均属于含Y2O320%～30%的中钇型离子吸附型稀土矿［4］。本文针对广西某具有代表性的中钇型稀土精矿研究了盐酸浸出及Gd／Tb分组分离钇。

1 原料组成及工艺流程

原料选自广西某地区中钇型稀土矿，其精矿中稀土配分见表1，杂质质量分数见表2。

表1 精矿中稀土氧化物的组成 %

表2 稀土精矿中主要杂质质量分数 %

试验流程：稀土精矿用盐酸浸出，浸出液除杂配料后用P507作萃取剂，在Gd／Tb分组，得到含Y（Tb－Lu）的有机相。有机相进行Er／Tm分组，在水相中得到Y（Tb－Er）的高钇富集物，其中w（Y2O3）≥70%。工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程

2 钇的Gd／Tb分组分离计算

得到 A、B的纯化倍数分别为a＝228．92，b＝868．43；水相出口B的纯度PB1为99．9%；有机相出口f′A＝46．68%，水相出口f′B＝53．32%。

水相进料极值公式为：

计算得（EM）min＝0．571 5，（E′M）max＝2．911 3。

再根据以下公式：

在极值范围内计算k＝0．5～0．9可供选择的工艺参数，见表3。

表3 Gd／Tb分离工艺参数

取衡量值R最小的一组，即k＝0．7为最优值，n＝6，m＝4，即钇的萃取分离理论级数为6，洗涤级数为4。以进料量MF＝1mmol／min为基准，料液浓度cF＝1mol／L，有机相中稀土浓度cS＝0．15 mol／L，洗液酸度cW＝1．987mol，由公式

计算得进料料液流速vF＝1mL／min，有机相流速vS＝6．309 5mL／min，洗 涤 流 速vW＝0．724 1 mL／min，则钇的萃取分离理论流比vF∶vS∶vW＝1∶6．309 5∶0．724 1。

根据以上计算结果，列出Gd／Tb分组物料平衡图（水相进料）见表4。

表4 Gd／Tb分组物料平衡图（水相进料）

3 试验结果与讨论

3．1 温度对稀土浸出率的影响

在液固体积质量比5∶1、浸出时间4h、盐酸浓度8mol／L条件下，温度对稀土浸出率的影响试验结果如图2所示。

图2 温度对稀土浸出率的影响

由图2看出，随温度升高，稀土浸出率明显提高。根据冶金过程动力学［6］，浸出反应应为混合动力控制，主要受化学反应速度控制，随浸出温度进一步升高，反应速度加快，浸出率提高明显，温度为100℃时，稀土浸出率约为97%。但过高的温度会加大盐酸的挥发损失，不利于工业生产，因此，浸出温度确定为100℃。

3．2 液固体积质量比对稀土浸出率的影响

在浸出温度100℃、浸出时间4h、盐酸浓度8mol／L条件下，液固体积质量比对稀土浸出率的影响试验结果如图3所示。

图3 液固体积质量比对稀土浸出率的影响

由图3看出：随液固体积质量比增大，稀土浸出率缓慢增大；液固体积质量比大于6时，稀土浸出率达96%；再增大液固体积质量比，稀土浸出率变化不大。综合考虑，确定液固体积质量比以6∶1为宜。

3．3 盐酸浓度对稀土浸出率的影响

在浸出温度100℃、浸出时间4h、液固体积质量比6∶1条件下，盐酸浓度对稀土浸出率的影响试验结果如图4所示。

图4 盐酸浓度对稀土浸出率的影响

由图4看出，盐酸浓度对稀土浸出率影响较大，随盐酸浓度提高，稀土浸出率提高明显。这主要是浸出过程受扩散作用控制所致［7］。根据菲克第一定律，浸出剂通过扩散层的速度v＝D（co－cs）／δ（co、cs分别为扩散层外延和固相表面浸出剂的浓度，D为扩散系数，δ为扩散层的有效厚度），增大浸出剂盐酸浓度，浓度差（co－cs）增大，从而反应速度加快，稀土浸出率提高。盐酸浓度为9 mol／L时，稀土浸出率约为99%。

3．4 浸出时间对稀土浸出率的影响

在浸出温度100℃、液固体积质量比6∶1、盐酸浓度9mol／L条件下，浸出时间对稀土浸出率的影响试验结果如图5所示。

图5 浸出时间对稀土浸出率的影响

由图5看出：随浸出时间延长，稀土浸出率缓慢提高；浸出3h后，稀土浸出率趋于稳定。

3．5 最佳条件下的验证试验

根据上述单因素条件试验确定的最佳浸出条件（浸出温度100℃，液固体积质量比6∶1，盐酸浓度9mol／L，浸出时间3h）进行验证浸出试验，获得的浸出液组成见表5。

表5 浸出液主要成分 g／L

3．6 Gd／Tb分组萃取

依据理论计算结果，钇的萃取分离级数为6，洗涤级数为4，流比vF∶vS∶vW＝1∶6．309 5∶0．724 1。试验取vF∶vS∶vW＝20∶126∶14．5，搅拌时间5min，反萃取流比vO∶vW＝2∶1，采用漏斗模拟串级萃取，试验结果见表6、7。

表6 Gd／Tb分组出口水相与出口有机相中的RE2O3

表7 Gd／Tb分组试验结果%

由表6看出，56＃～108＃稀土在平衡有机相中的平均分配率为39．61%，而原料中Y＋（Tb－Lu）总质量分数为39．96%，二者基本一致。因此，该原料在Gd／Tb进行分割是适宜的。

由表7看出，在Gd／Tb分组后，Y2O3质量分数从28%富集到70%以上。以106＃～108＃反萃取结果计算出

试验获得w（Y2O3）≥70%的高钇富集物，适合利用溶剂萃取法进一步提取钇［8－9］，同时去除Ca2＋、Fe3＋等杂质，再经草酸沉淀、灼烧后可获得荧光级的氧化钇产品。

4 结论

1）用盐酸浸出中钇型稀土精矿是可行的。影响稀土浸出率的主要因素为浸出温度和盐酸浓度。最佳浸出条件为：浸出温度100℃，液固体积质量比＝6∶1，盐酸浓度9mol／L，浸出时间3h。

2）串级萃取钇的最优萃取级数为6级，洗涤级数为4级，流比vF∶vS∶vW＝1∶6．309 5∶0．724 1。经Gd／Tb分组后，稀土在平衡有机相中的平均分配率为39．61%，与原料中Y＋（Tb－Lu）为39．96%相符，表明该原料在Gd／Tb进行分割较为适宜。

3）经串级萃取分组，Y2O3质量分数从28%富集到70%以上，适合利用环烷酸进一步提取钇并制备荧光级氧化钇。

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